CN107250689A - 制冷系统的冷却器 - Google Patents
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Abstract
一种用于选定空间的制冷系统包括再生热交换器，其包含一定容积的热传递流体，和位于所述选定空间处的货物热交换器。货物热交换器流体连接到再生热交换器以使该容积的热传递流体循环通过其中。通过所述热传递流体与所述选定空间处的空气流之间的热能交换将所述选定空间调节到选定的货物温度。燃料管线穿过所述再生热交换器并朝向引擎延伸，并将燃料流引导到引擎以便向引擎提供动力。通过与所述再生热交换器处的所述热传递流体进行热能交换再生燃料流。所述热传递流体通过与所述燃料流的热交换达到选定的热传递流体温度。
Description
背景技术
本文公开的发明主题涉及制冷系统。更具体地，本文公开的发明主题涉及利用来储存和运送货物的集装箱的制冷。
典型的制冷的货物集装箱或制冷的卡车拖车，如用于经海运、铁路或公路运输货物的那些，是改装成包括位于集装箱一端的制冷单元的集装箱。该制冷单元包括根据公知的制冷蒸气压缩循环的封闭致冷剂回路中通过制冷管线顺序链接的压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。该蒸发器位于需要冷却的厢室中，如卡车或拖车的货物厢室中。冷凝器和压缩机位于该厢室外。货物厢室的空气通过蒸发器的旋管，将流经蒸发器旋管的致冷剂蒸发，由此从调温的厢室中的空气吸收热以将调温的厢室冷却。然后，气态致冷剂流到压缩机以便在此进行压缩。包括引擎的动力单元驱动制冷单元的压缩机，并且典型地柴油动力的或在其他应用中是天然气动力的。在许多卡车/拖车运输制冷系统中，压缩机经皮带驱动或机械轴对轴连接被引擎轴驱动。在其他系统中，引擎驱动发电的发电机，发电机转而驱动压缩机。
许多系统利用天然气燃料来为引擎提供动力。所利用的天然气燃料包括压缩的天然气(CNG)、液化天然气(LNG)和丙烷。但是，在引擎上使用之前，CNG、LNG和丙烷均需要专门的储存和对燃料进行某种操作。CNG是在环境温度下以及3600PSI的压力下储存。LNG是在环境压力或接近环境压力下但是-273F的温度下储存。丙烷是在300PSI附近的低压和环境温度下储存。在内燃机能够使用这些燃料之前，它们必须处于环境温度和环境压力或接近环境压力下。为此，必须将CNG从3600PSI降压到约10PSI更小。在一些情况中，此降压过程可能导致调节器和管线降温到-60F。对于LNG，必须将该液体从-273F升温到环境温度，以便将LNG再生成气态天然气。此再生典型地利用燃料系统中的电子加热器或利用来自引擎中的废热将甲烷LNG气化来实现。丙烷从储罐中作为液体抽取并加热以将其转换成气体。
发明内容
在一个实施方案中，一种用于选定空间的制冷系统包括再生热交换器，其包含一定容积的热传递流体，和位于所述选定空间处的货物热交换器。货物热交换器流体连接到再生热交换器以使该容积的热传递流体循环通过其中。通过所述热传递流体与所述选定空间处的空气流之间的热能交换将所述选定空间调节到选定的货物温度。燃料管线穿过所述再生热交换器并朝向引擎延伸，并将燃料流引导到引擎以便向引擎提供动力。通过与所述再生热交换器处的所述热传递流体进行热能交换再生燃料流。所述热传递流体通过与所述燃料流的热交换达到选定的热传递流体温度。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述制冷系统包括致冷剂回路，所述致冷剂回路具有位于所述再生热交换器中的致冷剂热交换器和流体连接到所述致冷剂热交换器以用于使致冷剂流循环通过所述致冷剂热交换器的压缩机。所述引擎耦接到所述压缩机以驱动所述压缩机。所述热传递流体通过与所述燃料流和/或所述致冷剂流进行热交换达到选定的热传递流体温度。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述致冷剂回路配置成可切换到逆向操作中以便提高所述热传递流体的温度。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述燃料流是液化天然气或压缩的天然气之一。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述热传递流体是乙二醇。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，将一个或多个调节器定位在所述再生热交换器中的所述燃料管线处。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述热传递流体与所述再生热交换器处的所述一个或多个调节器之间的热能交换阻止所述一个或多个调节器的温度降到可操作调节器温度以下。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，将一个或多个传感器定位在所述再生热交换器处以检测所述燃料流在所述热传递流体中的存在。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，燃料分离器可操作地连接到所述再生热交换器以将所述燃料流与所述热传递流体分离。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，将燃料管线热交换器在所述再生热交换器处沿着所述燃料管线定位以帮助所述燃料流与所述热传递流体之间的热能交换。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述选定空间是制冷的货物集装箱。
在另一个实施方案中，一种将选定空间保持在选定温度的方法包括引导燃料流通过再生热交换器并引导朝向引擎，所述再生热交换器包含一定容积的热传递流体。通过与所述热传递流体的热能交换再生所述燃料流，并由此将所述热传递流体调节到选定流体温度。将所述热传递流体的至少一部分引导到定位在所述选定空间处的货物热交换器，并且在所述热传递流体与所述货物热交换器处的供气流之间交换热能以将所述供气调节到选定的空气温度。将所述热传递流体传送到所述再生热交换器。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，通过所述引擎对致冷剂回路的压缩机提供动力。使致冷剂流流动通过所述压缩机流到定位在所述再生热交换器处的致冷剂热交换器。在所述致冷剂流与所述再生热交换器处的所述热传递流体之间传递热能，由此通过与所述致冷剂流和/或所述燃料流的热能交换将所述热传递流体调节到选定流体温度。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，将所述致冷剂回路的操作逆向执行以提高所述热传递流体的温度。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述燃料流是液化天然气或压缩的天然气之一。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，通过定位在所述再生热交换器中的所述燃料管线处的一个或多个调节器传送所述燃料流。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，在所述热传递流体与所述再生热交换器处的所述一个或多个调节器之间交换热能以便阻止所述一个或多个调节器的温度降到可操作调节器温度以下。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，引导所述燃料流通过在所述再生热交换器处沿着所述燃料管线设置的燃料管线热交换器以帮助所述燃料流与所述热传递流体之间的热能交换。
附加地或备选地，在本实施方案或其他实施方案中，所述选定空间是制冷的货物集装箱。
从下文结合附图进行的描述，将更加显见到这些和其他优点和特征。
附图说明
具体提出视为本发明的主题，并在本说明书中的结论部分的权利要求中对其明确地要求权利。根据下文结合附图进行的详细描述，本发明的前述和其他特征和优点是明显的，其中：
图1是制冷的运输货物集装箱的实施方案的示意图图示；
图2是用于制冷的运输货物集装箱的制冷系统实施方案的图示；
图3是用于制冷的运输货物集装箱的另一个制冷系统实施方案的图示；以及
图4是用于运输货物集装箱的制冷系统的燃料分离器的实施方案的剖视图。
该详细描述通过举例的方式参考附图解释了本发明的实施方案，连同优点和特征。
具体实施方式
图1中示出的是制冷的货物集装箱10的实施方案。货物集装箱10形成大致矩形构造，其具有顶壁12、直接相对的底壁14、相对的侧壁16和前壁18。货物集装箱10还在与前壁18相对的后壁20处包括一个或多个门(未示出)。货物集装箱10配置成使用定位在集装箱10处的制冷单元24将位于货物集装箱10内的货物22保持在选定温度。货物集装箱10是移动的且用来通过例如卡车、火车或船舶运输货物22。制冷单元24定位在例如前壁18处，但是在其他实施方案中，可以定位在其他位置处。
参考图2，制冷单元24包括至少部分地定位在货物集装箱10内侧的货物热交换器26。货物热交换器26具有经其中循环的一定容积的热传递流体28，例如，如乙二醇的流体冷却剂或如红豆碱(abrine)的其他流体。但是，要认识到，可以采用包括气体或相变介质的其他热交换介质且使之循环通过货物热交换器26。在一些实施方案中，通过泵74推送热传递流体28通过货物热交换器26。通过例如风扇32使来自货物厢室的空气流30循环穿过货物热交换器26，并且通过与货物热交换器26处的热传递流体28的热能交换使空气流30冷却或加热。由此，利用空气流30将货物厢室10内部保持在选定温度下。
为了将空气流30保持在选定温度下，在再生热交换器34处将热传递流体28冷却和/或加热。再生热交换器34是填充有热传递流体28的封闭容积且流体连接到制冷回路36。致冷剂回路36包括顺序地流体连接的至少压缩机38、膨胀装置40、致冷剂热交换器42以及环境热交换器76且致冷剂流44循环其中。压缩机38可操作地连接到引擎46，引擎46驱动压缩机38。引擎46以若干方式中的一种连接到压缩机38，如直接轴驱动、皮带驱动、一个或多个离合器或通过发电机。虽然图2的实施方案中的引擎46被用于为致冷剂回路提供动力，但是本领域技术人员将容易地认识到，引擎46可以用作其他目的，例如引擎46可以是货物集装箱10所挂接的卡车或其他车辆的原动机。
引擎46由燃料提供动力，在一些实施方案中，该燃料为压缩的天然气(CNG)、液态天然气(LNG)或丙烷。为了可供引擎46利用，必须再生成燃料，或将其转为或接近环境温度和压力。因此，在注入引擎46中之前，经燃料管线48传送该燃料通过再生热交换器34。图2图示LNG驱动的系统的实施方案。在使用之前，必须将LNG燃料从-273华氏度加热到环境温度以将LNG燃料气化。
循环回到再生热交换器34的热传递流体28具有相对于流经燃料管线48的LNG燃料更高的温度，因此在二者之间热能交换下，热传递流体28被冷却，以及LNG燃料被加热，典型地充分加热将该燃料气化。然后将气化的燃料经燃料管线48给送到引擎46以便驱动致冷剂回路36的压缩机38。致冷剂回路36然后操作以将致冷剂流44提供到致冷剂热交换器42，从而对再生热交换器34中的热传递流体28提供进一步冷却。然后使冷却的热传递流体28循环到货物热交换器26。要认识到，在一些情况下，致冷剂回路36对再生热交换器34处的热传递流体28提供附加冷却的操作可能不是必需的，并且燃料管线48中的LNG燃料足够使热传递流体28冷却。再者，致冷剂回路36是可切换的，以使流向可以逆向进行，以便在热传递流体28的温度下降到选定温度以下时提高其温度，或通过热传递流体28对货物集装箱10提供加热。
在一些实施方案中，在再生热交换器34中搅拌或搅动热传递流体28以便增加热传递流体28的温度均匀性。为此，叶轮50定位在再生热交换器34中并由叶轮电动机52驱动。
参考图3，在另一个实施方案中，采用压缩的天然气(CNG)作为引擎46的燃料源，以及CNG通过高压调节器(HPR)54和双级调节器(DSR)56从其约3600PSI的储存压力减压到约10PSI或更低。HPR 54和DSR 56定位在再生热交换器34中。热传递流体28将热能传递给CNG、HPR 54和DSR 56以阻止调节器降低到可操作温度以下。然后CNG流从再生热交换器28流出到引擎46。与图2的实施方案中一样，冷却的热传递流体28然后循环到货物热交换器26。在一些实施方案中，燃料流经定位在再生热交换器34中的过滤器78。过滤器78可以沿着燃料管线48定位在HPR 54与DSR 56之间。再者，在一些实施方案中，如电子加热器的加热器80可以定位在再生热交换器34中以便在将热传递流体28保持在选定温度下时提高再生热交换器34的操作灵活性。在一些实施方案中，沿着燃料管线48在再生热交换器34中定位一个或多个燃料管线热交换器82。例如，燃料管线热交换器82可以定位在过滤器78的上游和/或下游，如图3所示。燃料管线热交换器82帮助再生热交换器34中的热传递流体28与燃料管线48中的燃料流之间的热能交换。
再次参考图2，在再生热交换器34处燃料从燃料管线48泄漏进热传递流体28可能潜在地污染热传递流体28，并且因此可能地导致燃料被带入货物或乘客厢室中。为了防止此类危害并检测燃料泄漏进再生热交换器34中，再生热交换器34包括定位在再生热交换器34的顶部范围处或其附近的燃料分离器58。从燃料管线48的任何燃料泄漏被热交换介质28气化，并连同膨胀的热传递流体28一起，经由分离器入口60上升到燃料分离器58中。
现在参考图4，过量的热传递流体28从燃料分离器58流出进入溢流管线62，同时气化的燃料64流入甲烷检测器66。当甲烷检测器66检测到气化的燃料64时，从甲烷检测器向控制器68发送信号，如图2所示，进而通知燃料控制阀70关闭和停止燃料流经燃料管线48，由此关闭引擎46并防止燃料进一步泄漏。再者，再生热交换器34包括压力和/或温度传感器72，该压力和/或温度传感器检测再生热交换器34中的热传递流体28的温度和/或压力。将该温度和/或压力与传感器72处或另一位置处例如控制器68处的阈值比较。如果传感器72从例如阻塞的燃料分离器58检测到超压或超温或温度偏低状况，则控制器68通知关闭燃料控制阀70以停止燃料流经燃料管线48。燃料控制阀70的关闭停止燃料流动，由此停止燃料泄漏到热传递流体28中。这又停止对引擎46的燃料供应，从而停止引擎46的操作。
使用热传递流体28作为货物热交换器26处的主要热交换流体，为致冷剂单元24和货物集装箱10提供若干有益之处。它大大地将冷却货物集装箱10所需的致冷剂44的量减少，因为包含致冷剂44的致冷剂回路36的大小得以减小。再有，货物22被致冷剂泄漏污染的风险大大地降低，因为致冷剂流44保持与货物隔离。再者，利用燃料再生向环境状况提供的冷却来将热传递流体冷却，并且使用来自加热的热传递流体28的废能在再生热交换器34处执行燃料的再生，增大了制冷系统的能力。
虽然本发明是仅结合数量有限的实施方案来详细描述的，但是应该容易地理解，本发明并不限于此类公开的实施方案。相反，本发明能够修改为并入前文未描述但是与本发明的精神和范围匹配的任何数量的变化、替换、替代或等效布置。此外，虽然描述了本发明的多种实施方案，但是要理解，本发明的多个方面可以仅包括描述的实施方案的一些。因此，本发明不应视为由前文描述限定，而是仅由所附权利要求的范围来限定。
Claims (19)
1.一种用于选定空间的制冷系统，其包括：
再生热交换器，所述再生热交换器包含一定容积的热传递流体；
货物热交换器，所述货物热交换器设置在所述选定空间处，所述货物热交换器流体连接到所述再生热交换器以使得所述容积的热传递流体循环通过其中，所述选定空间通过所述热传递流体与所述选定空间处的空气流之间的热能交换调节到选定货物温度；以及
燃料管线，所述燃料管线延伸通过所述再生热交换器以及延伸朝向引擎，所述燃料管线将燃料流引导到所述引擎以向所述引擎提供动力，所述燃料流通过在所述再生热交换器处与所述热传递流体的热能交换而被再生，所述热传递流体通过与所述燃料流的热交换达到选定热传递流体温度。
2.如权利要求1所述的制冷系统，其还包括致冷剂回路，所述致冷剂回路包括：
致冷剂热交换器，所述致冷剂热交换器设置在所述再生热交换器中；以及
压缩机，所述压缩机流体连接到所述致冷剂热交换器以使致冷剂流循环通过所述致冷剂热交换器，所述引擎耦接到所述压缩机以便驱动所述压缩机，所述热传递流体通过与所述燃料流和/或所述致冷剂流的热交换达到所述选定热传递流体温度。
3.如权利要求2所述的制冷系统，其中所述致冷剂回路配置成可切换成逆向操作以便提高所述热传递流体的温度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的制冷系统，其中所述燃料流是液化天然气或压缩的天然气之一。
5.如权利要求1-4中任一项所述的制冷系统，其中所述热传递流体是乙二醇。
6.如权利要求1-5中任一项所述的制冷系统，其还包括设置在所述再生热交换器中的所述燃料管线处的一个或多个调节器。
7.如权利要求6所述的制冷系统，其中所述热传递流体与所述再生热交换器处的所述一个或多个调节器之间的热能交换阻止所述一个或多个调节器的温度降到可操作调节器温度以下。
8.如权利要求1-6中任一项所述的制冷系统，其还包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器在所述再生热交换器处以检测所述燃料流在所述热传递流体中的存在。
9.如权利要求8所述的制冷系统，其还包括燃料分离器，所述燃料分离器可操作地连接到所述再生热交换器以将所述燃料流与所述热传递流体分离。
10.如权利要求1-9中任一项所述的制冷系统，其还包括燃料管线热交换器，所述燃料管线热交换器在所述再生热交换器处沿着所述燃料管线设置以帮助所述燃料流与所述热传递流体之间的热能交换。
11.如权利要求1-10中任一项所述的制冷系统，其中所述选定空间是制冷的货物集装箱。
12.一种将选定空间保持在选定温度的方法，其包括：
引导燃料流通过再生热交换器并朝向引擎，所述再生热交换器包含一定容积的热传递流体；
通过与所述热传递流体的热能交换再生所述燃料流，将所述热传递流体调节到选定流体温度；
将所述热传递流体的至少一部分引导到设置在所述选定空间处的货物热交换器；
在所述热传递流体与所述货物热交换器处的供气流之间交换热能以便将所述供气调节到选定空气温度；以及
将所述热传递流体传送到所述再生热交换器。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括：
通过所述引擎对致冷剂回路的压缩机提供动力；
使致冷剂流流动通过所述压缩机流到设置在所述再生热交换器处的致冷剂热交换器；以及
在所述致冷剂流与所述再生热交换器处的所述热传递流体之间传递热能，由此通过与所述致冷剂流和/或所述燃料流的热能交换将所述热传递流体调节到所述选定流体温度。
14.如权利要求13所述的方法，其中将所述致冷剂回路的操作逆向执行以提高所述热传递流体的温度。
15.如权利要求12-14中任一项所述的方法，其中所述燃料流是液化天然气或压缩的天然气之一。
16.如权利要求12-15中任一项所述的方法，其还包括使得所述燃料流流动通过设置在所述再生热交换器中的所述燃料管线处的一个或多个调节器。
17.如权利要求16所述的方法，其还包括在所述热传递流体与所述再生热交换器处的所述一个或多个调节器之间交换热能以阻止所述一个或多个调节器的温度降到可操作调节器温度以下。
18.如权利要求12-17中任一项所述的方法，其还包括引导所述燃料流通过在所述再生热交换器处沿着所述燃料管线设置的燃料管线热交换器以帮助所述燃料流与所述热传递流体之间的热能交换。
19.如权利要求12-18中任一项所述的方法，其中所述选定空间是制冷的货物集装箱。
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